盛夏两次冷涡强对流天气过程分析

王奎云 丑士连 田雨润

（1.白山市气象局，吉林白山 134300；2.汪清县气象局，吉林汪清 133200）

1 引言

对流性天气，特别是强对流天气，具有影响范围小，发展速度快的特点，一般较难做出准确的预报[1]。白山市地处长白山北麓，境内多山脉丘陵，春、夏、秋均有强对流天气发生。白山市强对流天气主要有短时强降水、冰雹、雷电、雷暴大风等。强降水具有雨强大，降水时间短，局地性强的特点，易引发山体滑坡、城市内涝等灾害。春末和秋初，冷暖空气活动频繁，常有大范围冰雹出现，甚至造成区域性雹灾，对农牧业生产危害很大。做好对流性天气预报，对防灾抗灾具有十分重要意义[2]。对流天气具有空间尺度小、生命史短的特点，在预报中除了应用天气图外，还要配合中尺度天气分析及雷达探测等方法，特别是雷达实时监测在强对流天气预报中发挥着重要作用[3-8]。本文针对2019年7月2日及2019年8月28日两次强对流天气过程的特点和成因进行了分析，两次过程为典型的东北冷涡型强对流天气。7月2日过程（以下简称过程1）为涡底部西南方发生的强对流天气，8月28日过程（以下简称过程2）为涡前部东南方发生的天气过程，通过分析比较为提高该类强对流天气的主观预报准确率提供一些参考。

2 天气概况

过程1：2019年7月2日午后到傍晚，白山市区出现强降水、雷电及冰雹，同时周边的江源县、临江市出现了大于20mm降水、雷电及冰雹，冰雹直径在20mm以上。17时50分—18时20分，白山市区出现强降水，降水量为47.6mm，降水过程伴随着冰雹。长白县没有降水，天气晴好。可见此次降水具有很强的局地性。从逐小时地面观测资料看出，期间气压、温度及风向、风速等气象要素变化明显。此次强降水造成市区积水交通受阻，冰雹使农作物受灾。

过程2：2019年8月28日午后，白山市、靖宇县和江源县出现了雷电和冰雹，雷电强度强，降水强度相对较小，冰雹持续时间较短，没有造成明显的雹灾。

3 天气形势分析

过程1和过程2两次强对流天气，都是由东北冷涡入侵，在白山市产生多单体线性对流；高空冷平流起着主导作用；西北急流起到触发和组织作用，诱发中尺度天气系统；边界层辐合线起到动力抬升作用。在雷达图上可以看到，两次过程均有明显的弓形回波。期间多地出现冰雹、雷电及短时强降水。

3.1 高低空及地面形势配置

从7月2日的环流形势可以看出，08时500hPa冷涡中心一直稳定在黑龙江省境内，是冷空气的源地。白山市处于冷涡的西南底部槽区内，较强的西北风急流，不断将冷空气向白山市输送，在白山西部形成温度槽，冷涡南部温度锋区对应西北风急流。同时925hPa也有一个闭合的中心，伴随着西南暖湿气流，底层温度高，有一个温度脊与之对应，也就是500hPa冷槽叠加在925hPa暖脊上。地面是显著降压区，风场上有偏南风与偏北风的辐合，在925hPa有切变存在，同时有偏北风与偏南风的辐合。这种高低空配置，及边界层的辐合，08时位于白山市西部。随着系统东移，午后—傍晚在白山市产生强对流天气。此次过程边界层与地面辐合线是主要抬升机制。

从8月28日环流形势可以看到，28日08时，500hPa冷涡中心位于内蒙古境内，白山市为其东南侧西南暖平流控制，冷中心与涡旋中心重合。08时925hPa在白山为温度脊区，同时在朝鲜半岛为温度槽，切变线位于内蒙古，白山市处于东南风与西南风的辐合区。500hPa冷中心叠加在925hPa暖脊上，925hPa在白山有西南风与东南风的辐合。随着涡的不断旋转东移，涡后部的冷空气不断补充，午后在白山市产生强对流天气。但地面图上在白山存在明显的偏西与偏东风对头风的辐合，辐合非常强烈，同时有显著降压区。此次过程地面辐合线是主要的抬升机制。

3.2 地面和高空温度差动平流

强对流天气发生前，由于受副热带高压影响和低层西南暖湿平流的作用，地面气温持续升高。7月2日强对流天气发生时，当日最高气温为30.2℃；8月28日强对流天气发生时，当日最高气温为28.4℃。

温度差动平流：从温度平流不难看出：7月2日08—20时500hPa一直维持明显的冷平流，925hPa一直维持明显的暖平流，500hPa西北气流与地面偏南气流形成强的垂直切变（图1）。8月28日（图2）类同，只是28日低层暖平流不及7月2日强，温度差动效应不及7月2日明显。这种低层升温，高层降温的温度场结构和高低空的垂直切变所造成的温度差动效应有利于强对流天气的出现，这是造成白山市大气不稳定的主要因素。高低层温度平流的垂直变化大小在一定程度上决定着强对流天气的强度，当然上下层之间湿度差动平流也对不稳定层结起了一定作用，这里不做详细分析。

图1 2019年7月2日08时（a）、14时（b）、20时（c）500hPa及2019年7月2日08时（d）、14时（e）、20时（f）925hPa温度平流（填充区域，单位：10-5℃·s-1）

图2 2019年8月28日08时（a）、14时（b）、20时（c）500hPa及2019年8月28日08时（d）、14时（e）、20时（f）925hPa温度平流（填充区域，单位：10-5℃·s-1）

3.3 温度对数压力图

从温度对数压力图可以看出，7月2日08时临江探空CAPE值为0；850—925hPa存在西南与西北风切变；输入14时气温，对压力图进行订正，整层存在一定不稳定能量，订正后其值增至475J/kg；SI指数为1.7；K指数为26℃。8月28日有明显的不稳定能量存在，其值为666.3J/kg；SI指数为-4.16；K指数为35℃；850—925hPa存在东南风与西南风切变，喇叭口明显，上干下湿鲜明。两次过程在垂直方向都存在一定的垂直风切变；0℃层和-20℃层高度明显偏低，在3.5km和6.3km左右。两次过程大气层结不稳定的环境有利于冰雹天气的发生。

4 雷达产品分析

7月2日1 3时35分，在柳河县开始有对流单体出现，并东移。14时25分在单体后侧和前侧有多个单体生成，此时柳河已出现冰雹天气，多单体不断减弱、新生。15时25分在辉南至靖宇之间出现强对流单体，具有明显的三体散射的长钉结构。15时48分白山、江源与辉南交界处出现明显中气旋，局地生成的多单体风暴，没有大片层状云、积状云回波，是能够分辨个数的多个对流单体。16时04分形成柳河—白山纬向型多单体线性排列带。多个对流单体风暴呈东西向线性排列，向东南方向移动（图3）。17时11分发展最旺盛时期，回波强度达62dBz，回波顶高12.5km，垂直液态水含量36kg/m2。17时33分（图4）白山市、江源县、靖宇县出现明显的弓形回波，在白山市区出现明显的速度模糊，白山市区开时降冰雹，持续近20min，18时20分强对流天气结束。此次降雹范围广，强度大，持续时间长，并伴有短时强降水，除长白县外，白山市大部分县（市）都出现了强对流天气。

图3 2019年7月2日白山雷达0.5°仰角反射率因子

图4 2019年7月2日17时33分白山市、江源县、靖宇县弓形回波及速度模糊（0.5°仰角）

8月28日12时18分，辽宁新宾至吉林通化在大片层状云回波中，有多单体生成，呈西南—东北走向的线性排列的多单体风暴，向东北方向移动。同时在靖宇县与江源县有强回波生成，向东北方向移动，影响江源县和靖宇县。13时09分强回波处在靖宇县，且向东北方向移动。此时辽宁—通化的回波，分两支分别向东北与偏东方向移动。向东移动的回波，14时09分在白山境内形成明显的弓形回波，持续到14时31分。在速度图上能看到明显的速度模糊，后侧有类似于飑线的带状回波，结构没有飑线结构紧密，强回波后侧是大片积云、层状云回波。15时10分又形成通化—白山的经向弓形回波。此时强度达到最强，反射率因子强度达66dBz，回波顶高11.6km，垂直液态水含量50kg/m2。15时27分，临江境内出现明显的钩状回波，回波南部有明显的V形缺口。15时32分形成通化—江源—靖宇类似飑线的强回波带，但结构没有飑线紧密，不是很严格的飑线。

从雷达图不难看出，过程1降水局地性强，白山市西部出现雷电、大风、冰雹及短时强降水，东部长白县晴空；从反射率因子不难看出，此次过程是明显的对流性质的降水，是中尺度对流复合体。过程2出现在白山西部，靖宇县及江源县出现了雷电、冰雹及强降水；降水强度没有过程1强，白山没有出现明显的强降水，只出现了冰雹和雷电。

4 结语

（1）两次强对流天气过程都是受东北冷涡影响，属于典型的高空冷平流强迫型。温度差动平流形成强热力不稳定，风垂直切变形成动力不稳定，冷平流产生静力不稳定层结，利于对流发展，同时冷平流使0℃层和-20℃层较低，易出现冰雹。两次天气过程中边界层辐合线及地面辐合线是主要的抬升触发机制。

（2）过程1处于冷涡后部，过程2处于冷涡前部，两次过程有相似点也有所不同。两次过程的相同点在于：两次过程850hPa和500hPa风场都有闭合低涡中心；500hPa冷槽或冷中心叠加在850hPa或925hPa暖脊上；从雷达产品看，都是中尺度对流复合体，呈线性结构排列，都有明显的弓形回波，出现明显的速度模糊。

（3）两次过程的不同点在于：过程1完全是对流性降水，除了冰雹、雷电，还出现了明显的强降水，降水持续时间长；过程2是混合型降水，强回波后侧存在大片的层状云、积状云降水，有强降水出现，但强度明显低于过程1，持续时间短。过程1从500hPa开始就为冷平流，底层为暖平流，925hPa暖平流很强，温度差动平流强，上冷下暖的特性更明显，斜压性强，更利于产生对流；过程2从500hPa开始没有明显强冷平流，随着低涡东移，冷空气才侵入白山市，且925hPa暖平流没有过程1强，温度差动平流相对过程一弱，热力不稳定相对也就弱一些，对流的发展相对过程1没那么强烈。